Karakterisasi Sifat Listrik Pada Bahan Word

Karakterisasi Karakterisasi Sifat Listrik

Karakterisasi Karakterisasi Sifat Listrik pada Bahan

Alat karakterisasi karakterisasi bahan untuk untuk mengeta mengetahui hui sifat suatu bahan dibagi dibagi menjadi menjadi 4, yaitu : Sifat mekanik, mekanik, Sifat optik dan termal, Sifat magnetik magnetik , dan Sifat listrik. listrik. Di bawah ini akan di bahas tentang sifat listrik pada suatu bahan. Metode Metode karakt karakteri erisasi sasi listrik listrik adalah adalah suatu suatu metode metode untuk untuk menget mengetahu ahuii sifat sifat atau atau karakteristik listrik dari suatu bahan yaitu seperti resistivitas, konduktivitas konduktivitas dan konstanta konstanta dielektrik. ntuk dapat mengetahui itu semua dapat dilakukan pengukuran melalui alat seperti four point probe, voltametri, dan !"# Meter Four Point Robe (FPP) Pengertian Four Point Probe

Merupakan alat uji karakterisasi listrik untuk mengukur nilai resistivitas dari suatu lapisan lapisan bahan. bahan. Seperti Seperti namany namanya, a, alat ukur ukur ini didasar didasarkan kan pada pada 4 buah buah probe probe dengan $ probe berfungsi untuk mengalirkan arus listrik dan $ probe yang lain untuk mengukur tegangan listrik sewaktu probe%probe tersebut dikenakan pada bahan &sampel'. Setting Four Point Probe (our )oint )robe terdiri dari * komponen utama:

 

Sour+e meter merupakan pengaturan sumber tegangan )ro%4 software merupakan software yang dipakai untuk menentukan nilai



resistensi dari suatu bahan )robing station merupakan empat titik yang mengalirkan arus listrik ke spe+imen

50

Karakterisasi Sifat Listrik

Cara kerja four point probe

    

uat arus listrik dialirkan melalui $ probe terluar &probe - dan 4' eganggan diukur diantra $ probe bagian dalam &probe $ dan *' /ambatan dihitung dengan menggunakan hukum ohm. etebalan dari film harus diketahui

Prosedur Penggunaan Four Point Probe

51


-. lik

pada

tab

Auto

Testuntuk

beberapa pengukuran atau tab Single Test pemba+aan tunggal. $. )ilih ukuran dan bentuk sampel

menggunakan tab di bagian bawah halaman.

etik

informasi

diperlukan. *. empatkan sampel

di

atas

yang meja

mount dan kemudian pindah sampel untuk posisi itu di lokasi yang diperlukan 4. Matikan tuas sehingga semua jarum pada probe kepala berada dalam kontak dengan wafer.

•

)enyimpanan Data

52




Setelah pengukuran selesai, resistivitas di setiap lokasi akan ditampilkan di sisi kiri layar.



etika semua poin yang diuji, data dapat disimpan dan diba+a menggunakan e0+el

Pengertian

53


Alat ukur four%point probe &probe 4 titik disingkat ())' adalah salah satu jenis alat yang biasa digunakan untuk mengukur nilai konduktivitas suatu lapisan bahan elektronika yaitu bahan semikonduktor, logam dalam bentuk thin film &lapisan tipis' . Koponen !

Seperti namanya, alat ukur ini didasarkan pada 4 buah probe dengan $ probe berfungsi untuk mengalirkan arus listrik dan $ probe yang lain untuk mengukur tegangan listrik sewaktu probe%probe tersebut dikenakan pada bahan &sampel'. •

)owes supply, Amperemeter , 1oltmeter, 4 probe.

•

)robe - dan 4 berfungsi untuk mengalirkan arus listrik

•

)robe $ dan * berfungsi untuk mengukur tegangan listrik

54


Cara Kerja ! uat arus listrik dialirkan melalui $ probe terluar &probe - dan 4'. eganggan diukur diantra $ probe bagian dalam &probe $ dan *'. /ambatan dihitung dengan menggunakan hukum ohm.. etebalan dari film harus diketahui. Prinsip Kerja ! e empat probe diturunkan sehingga menyentuh permukaan sampel. Setelah itu arus &2' dialirkan melalui probe - dan 4. Dengan +ara seperti ini arus akan dialirkan atau di distribusikan se+ara laminer melaui sampel dari probe satu menuju probe yang satunya. Aliran laminer yaitu aliran fluida yang bergerak dengan kondisi lapisan%lapisan membentuk garis%garis alir yang tidsk berpotongan satu sama lain. )ada daerah dimana probe $ dan * bersentuhan dengan sampel tegangan drop diukur dengan voltmeter. egangan jatuh3drop adalah besarnya tegangan yang hilang pada suatu penghantar. egangan jatuh umumnya tegangan pada beban. ika tegangan pada penghantar semakin besar, jika arus didalam penghantar semakin besar pula, tegangan jatuh merupakan penanggung jawab terjadinya kerugian pada penghantar karena dapat menurunkan tegangan pada beban. Dari variasi perubahan arus yang diberikan, akan diperoleh perubahan tegangan yang diukur. Aliran arus pada probe $ dan * sangat ke+il dan dapat diabaikan sebab tegangan diukur dengan menggunakan voltmeter. "etode Pengukuran ! Perhitungan Resisti#itas pada Bulk Sapel

ntuk sampel dengan bentuk bulk yang memiliki ketebalan, w55s, jarak antar probe. ita anggap bentuk probe adalah seperti bola yang memiliki tonjolan keluar arus berasal dari ujung probe terluar.

55


Perhitungan Resisti#itas pada Thin Sli$e%Condu$ting Botto Surfa$e

)ada bentuk ini untuk sli+e dengan ketebalan w dan dengan bottom surfa+e bahan konduktor maka dihitung dengan pembagi G6 (w/s).

Metode ini tidak disarankan untuk w/s yang sangat ke+il.

Perhitungan Resisti#itas pada Thin Sli$e%&on$ondu$ting Botto Surfa$e

ntuk sli+e dengan bentuk bottom surfa+e bahan nonkonduktor maka dihitung dengan pembagi G7 (w/s),

untuk nilai%nilaiyang lebih ke+ildariW/S fungsi pendekatan kasus untuk irisan tipis, yaitu

56


/asil dari fungsi G6 (w/s) dan G7 (w/s)

Kondukti#itas Listrik

Alat ukur four%point probe &probe 4 titik disingkat ())' adalah salah satu jenis alat yang biasa digunakan untuk mengukur nilai kerintangan suatu lapisan bahan elektronika 6-,$7 yaitu bahan semikonduktor seperti Silikon &Si', 8ermanium &8e', 8allium Arsenide &8aAs', juga bahan logam dalam bentuk thin film &lapisan tipis' yang dipergunakan dalam pembuatan piranti elektronika. hin film adalah suatu lapisan yang sangat tipis dari suatu bahan &organik, inorganik, logam maupun +ampuran logam%organik 3 organometalli+' yang memiliki sifat % sifat konduktor, semikonduktor, superkonduktor maupun insulator dengan ketebalan dari orde Angstrom &9' hingga mikrometer &- 9  -;%-; m'. Seperti namanya, alat ukur ini didasarkan pada 4 buah probe dengan $ probe berfungsi untuk mengalirkan arus listrik dan $ probe yang lain untuk mengukur tegangan listrik sewaktu probe%probe tersebut dikenakan pada bahan &sampel'. ntuk menentukan serta mengkaji sifat%sifat bahan tersebut dapat dilakukan dengan menentukan nilai kerintangan untuk suatu luasan dan ketebalan tertentu.

ada dapat disimpan. ntuk hal ini desain alat yang kita buat dapat juga dikembangkan dengan sistem interfa+ing komputer. Dalam artikel ini akan diberikan se+ara singkat konsep dasar dari alat ()) yang memungkinkan didesain sendiri bagi keperluan pengukuran.

Siklik 'oltaetri

1oltametri merupakan salah satu teknik dalam analisis elektrokimia. 1oltametri adalah suatu elektrolisis dimana arus direkam sebagai suatu fungsi potensial elektroda kerja. 1oltametri merupakan elektrolisis dalam ukuran mikroskala dengan menggunakan mikro elektroda kerja, disebut juga teknik arus voltase. 1oltametri berkembang pesat dibanding metode analisis lain, hal ini dikarenakan kelebihan dalam sensitifitas, selektifitas, kesederhanaan dan kemudahan penganalisisan &/aryadi, ->>*'. )otensial dari mikro elektroda kerja divariasikan dan arus yang dihasilkan di+etak sebagai fungsi dari poetnsial. /asil +etakan ini disebut voltamograf &"hristian, ->>4'. 1oltametri mempelajari hubungan voltase arus terhadap waktu selama elektrolisis dilakukan dalam suatu sel, di mana suatu elektroda mempunyai luas permukaan yang relative besar, dan elektroda yang lain &elektroda kerja' mempunyai luas permukaan yang sangat ke+il dan seringkali dirujuk sebagai mikroelektroda: la?imnya teknik ini men+akup pengkajian pengaruh perubahan voltase pada arus yang mengalir di dalam sel. Mikroelektroda ini biasanya dibuat dari bahan tak reaktif yang menghantar listrik seperti emas, platinum atau karbon, dan dalam beberapa keadaan dapat digunakan suatu elektroda merkurium tetes &D.M.='@ untuk kasus istimewa ini teknik itu dirujuk sebagai polarografi &>4'. 1oltametri ini merupakan tehnik voltametri dimana arus diukur selama penyapuan potensial dari potensial awal ke potensial akhir dan kembali lagi potensial awal atau disebut juga penyapuan &s+anning' dapat dibalik kembali setelah reduksi berlangsung. Dengan demikian arus katodik maupun anodik dapat terukur. Arus katodik adalah arus yang digunakan pada saat penyapuan dari arus yang paling besar menuju arus yang paling ke+il dan arus anodik adalah sebaliknya &hopkar, ->B'. Sel voltametri, terdiri dari * elektroda yaitu elektroda pembanding, elektroda kerja, dan elektroda pembantu. =lektroda kerja pada voltametri tidak bereaksi, akan tetapi merespon elektroda aktif apa saja yang ada dalam sampel. )emilihan elektroda bergantung pada besarnya range potensial yang diinginkan untuk menguji sampel &=wing, ->CB'. )otensial divariasikan se+ara sistematis sehingga ?at kimia tersebut, mengalami oksidasi dan reduksi dipermukaan elektroda. Dalam voltametri, salah satu elektroda pada sel elektrolitnya terpolarisasi. )roses pada sistem tersebut diikuti dengan kurva arus tegangan. Metode ini umum digunakan untuk menentukan komposisi dan analisis kuantitatif larutan &!aidler, ->>'.

58


Sistem voltametri ada yang disebut dengan siklik voltametri. 1oltametri ini merupakan tehnik voltametri dimana arus diukur selama penyapuan potensial dari potensial awal ke potensial akhir dan kembali lagi potensial awal atau disebut juga penyapuan &s+anning' dapat dibalik kembali setelah reduksi berlangsung. Dengan demikian arus katodik maupun anodik dapat terukur. Arus katodik adalah arus yang digunakan pada saat penyapuan dari arus yang paling besar menuju arus yang paling ke+il dan arus anodik adalah sebaliknya &hopkar, ->B'. enis dan teknik yang termasuk kedalam voltametri adalah sebagai berikut: a Polarografi )olarografi adalah suatu bentuk elektrolisis dalam mana elektroda kerja berupa suatu elektroda yang istimewa, sutau elektroda merkuri tetes, dan dalam mana direkam suatu kurva arus voltase &voltammogram'. Seperti yang digunakan oleh kebanyakan pengarang, istilah polarografi adalah suatu kasus istimewa daripada voltametri dalam mana mikroelektrodanya adalah merkurium tetes. arena sifat Esifat istimewa elektroda ini, polarografi jauh lebih meluas penggunaanya dibandingkan voltametri yang menggunakan mikroelektroda lain &nderwood, ->>'. )olarogarfi digunakan se+ara luas untuk analisis ion Eion logam dan anion Eanion anorganik, seperti 2F dan GF . 8ugus fungsi senyawa organik yang mudah teroksidasi atau tereduksi juga dipelajari dalam polarogarfi. 8ugus fungsi yang digunakan meliputi karbonil, asam karboksilat, dan senyawa karbon yang memiliki ikatan rangkap &David, $;;;'. b *drod*nai$'oltaetri Arus pada hydrodynami+ voltametri diukur sebagai fungsi dari aplikasi potensial pada elektroda kerja. )rofil potensial yang sama digunakan untuk polarografi, seperti sebuah pengamatan linear atau pulsa diferensial, digunakan dalam hydrodynami+ voltametri. /asil voltamogram yang identik untuk polarografi, ke+uali untuk kekurangan arus menghasilkan osilasi dari penambahan tetes merkuri. arena hydrodynami+ voltametri tidak dibatasi untuk elektroda /g, hydrodynami+ voltametri bermanfaat untuk analisis reduksi atau oksidasi pada potensial yang lebih positif. $ Stripping 'oltaetri Salah satu dari teknik voltametri kuantitatif yang lebih penting adalah stripping voltametri, yang mana terdiri atas tiga teknik yang terkait : anoda, katoda, dan adsorpsi stripping voltametri. Sejak anodi+ stripping voltametri ditemukan aplikasi paling luas, kita mempertimbangkannya se+ara detail. Anodi+ stripping voltametri terdiri dari dua tahap &8ambar $.4'. )ertama pengontrolan potensial elektrolisis yang mana elektroda kerja, biasanya tetes merkuri atau lapis tipis merkuri, pada potensial katoda yang +ukup untuk melapisi ion logam pada elektroda.ahap kedua, potensial anoda di s+an kearah potensial yang lebih positif. etika potensial pada elektroda kerja +ukup positif analit dilepaskan dari elektroda, larutan dikembalikan dalam bentuk oksidasi. "u&/g' "u &aH' I $e. Arus selama tahap stripping dimonitor sebagai fungsi dari potensial, memberikan bentuk kenaikan pada pun+ak voltammogram yang sama ditunjukkan pada 8ambar $.4. )un+ak arus yang proporsional pada konsentrasi analit dalam larutan. Anodi+

59


stripping voltametri sangat sensitif pada per+obaan, yang mana harus dikontrol dengan hatiEhati jika hasilnya ingin akurat dan tepat. d Aperoetri eknik voltametri terakhir yang dipertimbangkan adalah amperometri, yang mana potensial konstan diaplikasikan pada elektroda kerja, dan arus diukur sebagai fungsi waktu arena potensial tidak dis+an, amperometri tidak mendorong kearah voltammogram. Aplikasi yang penting dari amperometri adalah dalam kontruksi sensor kimia. Sensor amperometri yang pertama dikembangkan untuk melarutkan F dalam darah, yang mana dikembangkan pada ->B oleh !.". "lark. Sama dengan elektroda membran pada potensiometri. "ontoh lain pada sensor amperometri adalah sensor glukosa &David, $;;;'. Siklik 1oltametri yaitu suatu teknik dimana arus direkam sebagai fungsi potensial elektroda kerja. )otensial dari mikroelektroda kerja divariasikan dan arus yang dihasilkan sebagai fungsi dari potensial. /asil ini disebut voltamogram. Siklik voltametri mempelajari hubungan voltase,arus permukaan yang relatif besar, dan elektroda yang lain &elektroda kerja' mempunyai luas permukaan yang amat ke+il &mikroelektroda' teknik ini men+akup pengkajian pengaruh perubahan voltase pada arus yang mengalir di dalam sel. Mikroelektroda ini biasanya dibuat dari bahan tidak reaktif yang menghantar listrik seperti emas, platina atau karbon. )otensial divariasikan se+ara sistematis sehingga ?at kimia tersebut mengalami oksidasi dan reduksi di permukaan elektroda.

Sel votametri, elektroda pembanding, elektroda kerja, dan elektroda pembantu. =lektroda kerja pada voltametri tidak bereaksi, akan tetapi merespon elektoda aktif apa saja yang ada dalam sampel, pemilihan elektroda bergantung pada besarnya range potensial yang diinginkan untuk menguji sampel. )enemuan polarografi oleh aroslav /eyrovsky tahun ->$;.
60


+ji Siklik 'otaetri

Sampel yang terbentuk menjadi katoda baterai, salah satu bahan penyusunnya yaitu !iS (e O4

sampel yang terbaik menurut hasil uji J#D dan sesuai perbandingan jumlah yang

direplikasi adalah sampel yang telah mengalami sintering selama $; jam sampel tersebut di+ampur dengan bahan penyusun lainnya seperti )olyvinyledene (luoride & )1D1 ' dan karbon aktif kemudian diuji menggunakan siklik voltametri dengan tujuan untuk mengetahui karakteristik katoda. inggi pun+ak arus akan memberikan informasi kuantitatif sedangkan potensial tempat terjadinya pun+ak arus memberikan informasi bersifat kualitatif. ajamnya bentuk pun+ak pada voltamogram akan mempengaruhitinggi arus. Pengertian 1oltametri Siklik adalah teknis analisis umum yang digunakan dalam analisis kualitatif dari reaksi elektrokimia. eknik ini mampu memberikan informasi mengenai termodinamika proses reduksi%oksidasi dan kinetika transfer elektron yang terjadi dipermukaan elektroda. )ada teknik voltametri ini potensial diberikan dalam suatu siklus antara dua nilai beda potensial, pada awal potensial meningkat hingga maksimum kemudian turun se+ara linier dengan nilai kemiringan yang sama hingga kembali ke potensial awal. Sel volta metri terdiri dari * buah elektroda yang di+elupkan kedalam larutan yang mengandung analit dan larutan elektrolit pendukung. =lektroda yang pertama adalah elektroda kerja yaitu elektroda tempat terjadi reaksi redoks dari analit, bergantung dari potensial yang diberikan. 1ariasi potensial yang diberikanakan memberikan nilai arus yang 61


berbeda%beda bergantung dari analit yang dianalisis. Gilai arus ini dapat diketahui dari pun+ak voltamogram yang diperoleh. =lektroda kerja yang biasa diguankan adalah eletroda =lektroda pasta karbon merupakan +ampuran bubuk grafit dan perekat organi+ paraffin sebagai pengisinya & 8ambar -'.

8ambar karbon

-.=lektroda

pasta

=lektroda yang kedua adalah elektroda pembanding. =lektroda ini merupakan elektroda yang nilai potensialnya dibuat tetap selama pengukuran dan nilainya tidak bergantung pada jenis dan komposisi larutan yang diukur. =lektroda pembanding yang biasanya digunakan adalah elektroda Ag3Ag"l. enis elektroda yang ketiga adalah elektroda pembantu. =lektroda ini biasanya terbuat dari bahan yang seperti )t. =lektroda pembantu ini digunakan untuk mengalirkan arus antara elektroda kerja dan elektroda pembantu, sehingga arus dapat diukur. Ada tiga ma+am arus yang dihasilkan pada teknik voltametri, yaitu arus difusi, arus migrasi, dan arus konveksi. Arus difusi adalah arus yang disebabkan akibat perubahan gradient konsentrasi pada lapis difusi dan besarnya sebanding dengan konsentrasi analit dalam larutan. Arus migrasi adala harus yang timbul akibat gaya tarik elektrostatik antara elektroda dengan ion%ion dalam larutan. Arus konveksi adalah arus yang timbul akibat gerakan fisik, seperti rotasi atau vibrassi elektroda dan perbedaan rapat massa. Arus yang diharapkan pada pengukuran se+ara voltametri adalah arus difusi, karena informasi yang dibutuhkan adalah konsentrasi analit. Arus konveksi diminimalisasi dengan tidak melakukan pengadukan sesaat sebelum pengukuran, untuk menjaga agar temperature larutan yang diukur tetap. Arusmigrasi diminimalisasi dengan +ara penambahan larutan elektrolit pendukung. Dalam sel elektrokimia, ketiga elektroda tersebut di+elupkan dalam larutan yang mengandung analit maupun pelarut elektrolit non reaktif yang disebut elektrolit pendukung. =lektrolit pendukung dibutuhkan pada analisis yang dikendalikan oleh potensial untuk mengurangi tahanan dari larutan dan efek elektromigrasi serta menjaga kekuatan ion. Dalam pengerjaan, elektrolit pendukung yang digunakan biasanya adalah garam anorganik, asam mineral, dan buffer. 8ambar $ adalah skema sel elektrokimia pada voltametri.

62


8ambar $ Sel1oltametri

1oltamogram yang di+atat selama pengukuran menggambarkan hubungan arus dengan potensial. Sinyal yang diperoleh pada potensial tertentu dihasilkan oleh elektroda kerja dan bergantung dari jenis teknik yang digunakan. /asil dari 1oltametri Siklik ini adalah hubungan antara arus dan potensial disebut voltamogram siklik seperti gambar *.

8ambar *. 1oltametrisiklikreaksireaksi% oksidasise+ara reversible

Satu dari banyak kegunaan voltametri siklik adalah informasi kualitatif mengenai mekanisme reaksi dari proses reduksi%oksidasi. Adanya kemungkinan reaksi lain saat reduksi%oksidasi berlangsung dapat dilihat dari voltamogramnya. )erubahan pada voltamogram siklik dapat disebabkan oleh persaingan reaksi kimia untuk produk hasil elektrokimia, ini dapat dijadikan informasi mengenai jalan reaksi. /al lain dari penggunaan voltametrisiklik ini adalah untuk mempelajari proses adsorpsi molekul elektroaktif pada permukaan elektroda. Cara Kerja

63


8ambar 4 Sel1oltametri

al%hal *ang perludiperhatikansebeluelakukanpengukuran! a ebersihanberbagaialatgelas yang dipakai. Sebelumdigunakan, alat%alatgelasharusdirendamdalamasamnitratp aM selamasemalam, kemudiandi+u+idengan aHua demineralisata.Akan lebihbaikjikamenggunakanalat%alatdaribahanpolipropilenatau )(= karenadapatmengurangipenyerapananalitpadadindingwadah &dindingdarigelasdapatmenyerapanalit'. b )ereaksi yang digunakanpada 1) Dan harusmempunyaiderajatkemurnian yang sangattinggi &Aristar, ltre0atausuprapure'.!arutanstandar yang disimpanharuspekat, tidakkurangdari -;% * M sedangkanlarutanstandaruntukpengukuran &dengankonsentrasi yang lebihke+il' harusselaludibuatbarusetiaphari. $ alibrasilebihbaikdilakukandenganmetodestandaradisi. d Air yang dipakaibiasanyaadalah aHua tridest. ProsedurKerja'oltaetriSiklik! a. !arutan yang akan diukur dimasukkan ke dalam sel voltametri yang telah disiapkan. !arutan terdiri dari larutan sampe larutan standar dengan elektrolit pendukung yang jenis maupun konsentrasinya sama. Alat dirangkai dan dalam keadaan tertutup. b. Memasukkan elektroda ke dalam larutan +. Dilakukan proses deaerasi dengan proses pengadukan. )roses ini dapat dikerjakan dengan mengalirkan gas nitrogen atau gas inert yang lain. )roses ini dilakukan selama $ %-; menit. d. Melakukan proses deposisi dengan pengadukan, dengan potensial tetap yang harganya tertentu &dapat berharga positif atau negatif, tergantung pada ma+am 1) yang dilakukan'. onsentrasi yang terdeposisi pada elektroda tergantung pada ke+epatan pengadukan, waktu deposisi, konsentrasi analit dalam larutan dan luas permukaan elektroda. Se+ara umum, waktu deposisi yang digunakan tergantung 64


pada konsentrasi analitnya. Kaktu *;%*;; detik +ukup untuk mengadakan deposisi analit dalam suatu larutan dengan konsentrasi -%B; ppb. e. =Huilibrium &tanpapengadukan' Memerlukan waktu kurang lebih *; detik.
!"# Meter

65


arakterisasi !"# untuk mengetahui nilai permitivitas dielektrik )1D( atau Si

O2

dilakukan pengukuran dengan menggunakan !"# Meter yang telah terhubung dengan komputer. erdapat -4 parameter dielektrik yang diukur yaitu L &impedansi',  &modulus young', )hase, "s &kapasitansi seri', "p & kapasitansi seri paralel', D &displa+ement', !s &induktansi seri', !p &induktansi paralel', N &muatan listrik', #s &resitansi seri', 8 &konduktansi', #p &resistansi paralel', J &kerentanan', dan < &medan induksi'. (rekuensi pengukuran B; /?%-Mh? pada arus tetap &"onstant "urrent' B Ma dan tegangan tetap &"onstan 1oltage' 4 1olt dengan -;; point pengamatan. Setiap sampel diukur diset pada plat paralel berbahan tembaga. emudian diukur nilai dielektrik dan loss diele+tri+. 66


67

Karakterisasi Sifat Listrik Pada Bahan Word

Recommend Documents